梳状高分子相变材料的制备及其在膜材料中的应用

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相变材料(PCMs)随环境温度改变发生相变过程,伴有吸收或放出相变潜热的行为,是一种环保型的储能材料。传统相变材料在直接应用过程中,由于固-液相态转变时出现体积变化、液体迁移或渗漏问题,需要对相变材料进行封装或定型化,这样就增加了工艺控制的难度。高分子型固-固相变材料是一种性能良好的相变材料,可以解决固-液相态变化时使用不便的缺点,现已广泛应用于建筑材料、太阳能利用、储热调温纺织品等领域。本论文制备了一系列不同主链结构和侧链长度的梳状高分子型相变材料,并将其应用于纳米纤维及膜材料的制备,获得了具有温敏性的低压高通量复合膜。采用元素分析仪、傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、差示扫描量热仪、热重分析仪、X-射线衍射仪等对梳状高分子型相变材料、储能纳米复合纤维及其复合膜材料进行了测试与表征。  通过烷基化和接枝改性方法制备了一系列N-烷基化聚吡咯和聚苯乙烯-co-马来酸酐接枝长链脂肪醇的梳状高分子型相变材料,分别记作PPy-Cn和SMA-g-CnOH。研究发现熔融温度、结晶温度、熔融热焓、可结晶碳原子数目以及结晶程度随侧链烷基碳原子数目的增加而升高。高分子主链的束缚,尽管贡献了梳状高分子相变材料的良好热稳定性,但也导致了较低的热储存效率。  通过同轴静电纺丝方法制备了具有储热功能的PSMA/PET纳米纤维,纤维直径在500 nm左右,发现平板接收和转桶接收对纳米纤维的热焓值有重要影响,△HPSMA/PET@NF-1为10.7 J/g;△HPSMA/PET@NF-2为5.3 J/g。PET皮材的支撑提高了纳米纤维内PSMA的热稳定性,但也抑制了PSMA结晶行为。  以PSMA/PET纳米纤维为支撑材料,制备了三维贯通、低压高通量的PVDF复合膜。结果发现,复合膜水通量、截留率、机械强度和耐污性与溶剂化方式相关。NFCM@乙醇的水通量介于100~1400 L/m2h之间,NFCM@水在40~220 L/m2h之间。纳米纤维基复合膜中的相变材料赋予了膜的温敏性,但仅在过滤温度低于50℃时有减缓作用。
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